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物理场调制被认为是提高各种电催化剂性能的一种有前途的方法，近年来引起了人们的广泛关注。然而，目前为止利用这种技术通过耦合外部电场可控地通过2e
−
氧还原反应(ORR)反应高效绿色电合成氧化氢(H
2
O
2
)尚未实现。
为了实现这种方法的可行性，
苏州大学陈子亮
、
康振辉
和
柏林工业大学Prashanth W. Menezes
等成功开发了一种基于固有电畴对流体机械力刺激响应的可控压电策略，以在动态ORR过程中诱导极化陶瓷催化剂表面局部电场。
研究人员首先对最典型的压电陶瓷Pb(Zr
0.5
Ti
0.5
)O
3
(PZT)进行了概念验证研究，其表现出较差的固有2e
−
ORR性能。
PZT陶瓷在不同电场下分别表示为PZT-1.5、PZT-2和PZT-2.5，通过改变偏振程度进行可控压电处理。
与非极化PZT(非压电PZT，表示为PZT-0)相比，所有压电PZT均表现出显著增强的H
2
O
2
生产性能，其中，PZT-2的性能最好(在0.6~0.1 V
RHE
的宽电位范围内，选择性超过90%；在0.4 V
RHE
时选择性达到~98%，超过了几乎所有的氧化物和大多数已报道的碱性2e
−
ORR催化剂)。
结合各种转移/原位表征和理论有限元分析(FEA)，研究人员发现催化性能的提高与压电性能密切相关，这可能是由动态旋转流体的机械应力对极化PZT陶瓷的影响引起的。
其中，最优的PZT-2显示出最有利的局部电场，对电解质中的OH
−
离子和在其表面过度积累的OOH
−
离子产生静电排斥，使表面浓度进入平衡状态，因此实现最佳的OH*和OOH*结合强度，减轻所生产H
2
O
2
的不均匀性。此外，该策略也能够提高环保型无铅钛酸钡((BaTiO
3
，BT)的2e
−
ORR性能，进一步证明了这种压电增强的普遍性和适用性。
Dynamic Piezoelectric Effect to Promote Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE02554J
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